Investigadores de la Universidad Estatal de Georgia han descubierto una nueva explicación sorprendente de por qué los puentes peatonales pueden comenzar a bambolearse y balancearse repentinamente: demasiadas personas cruzando a la vez y simplemente tratando de no caerse.
en un nuevo estudio publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , un grupo de matemáticos del estado de Georgia dirigido por el profesor Igor Belykh junto con colegas de las universidades de Bristol, Cambridge y Leicester en Gran Bretaña muestran cómo un puente, incluso uno tan diseñado como el Golden Gate o el Puente de Brooklyn,- puede volverse inestable repentinamente.
Si hay suficientes personas cruzando a pie, cada una caminando a su propia velocidad natural, transfieren tanta energía al puente que puede comenzar a oscilar. Luego, a medida que cada caminante individualmente ajusta sus pasos para tratar de no caerse, se desestabilizanel puente aún más.
Los bamboleos del puente pueden provocar un pánico masivo, en 1987, en el 50 th aniversario del Puente Golden Gate de San Francisco, 300,000 celebrantes intentaron cruzar y el puente gimió y se balanceó, lo que provocó que la gente entrara en pánico, vomitara y comenzara a arrojar bicicletas e incluso cochecitos de bebé al océano para aligerar la carga del puente.
El nuevo trabajo derriba la explicación aceptada durante mucho tiempo de los puentes temblorosos y temblorosos, que durante los últimos 20 años se pensó que se debía a la sincronización masiva de pasos.
"Nuestro trabajo muestra que las vibraciones muy pequeñas de cada persona que camina pueden amplificarse significativamente", dijo Belykh.
En ese punto, las personas notan el bamboleo y ajustan sus pasos para mantener el equilibrio. Eso solo empeora las cosas y el puente puede volverse inestable. El nuevo trabajo se basa en datos de 30 puentes diferentes y utiliza fórmulas matemáticas complejas que predicen elpunto de inflexión preciso para un puente en particular: la cantidad exacta de personas que comenzarán a moverlo. El estudio también muestra que los puentes en general pueden ser más vulnerables de lo que se pensaba.
Los puentes tienen frecuencias naturales de vibración, debido a fenómenos como las corrientes de aire y el tráfico. No es fácil predecir su punto de inestabilidad.
Los nuevos conocimientos ayudarán a los ingenieros y diseñadores de puentes a "construir puentes mejores y más seguros", dijo Belykh. "La geografía de estos eventos de inestabilidad inducida por multitudes es verdaderamente mundial".
En 2003, por ejemplo, la ciudad de Nueva York tuvo un apagón y una multitud de peatones caminó a casa a través del puente de Brooklyn en la oscuridad. Esto hizo que el famoso puente vibrara y se balanceara tanto que algunos se sintieron mareados y no pudieron mantener el equilibrio.si se quedaban quietos. Y en 2000, el puente Millennium recién inaugurado de Londres recibió el sobrenombre de puente tambaleante debido a su movimiento oscilante cuando la multitud cruzó el día de la inauguración, lo que provocó que las autoridades cerraran inmediatamente el puente y no lo volvieran a abrir durante dos años.
Fue el Puente del Milenio el que inspiró la explicación aceptada durante mucho tiempo de los temblores del puente: que los humanos caminaban al unísono, sincronizados como péndulos oscilantes. Esto se llama bloqueo de fase. Al mirar videos de los caminantes, sus cabezas y torsos parecíanmoverse al unísono como una ola. Se pensaba que este movimiento masivo de izquierda a derecha inclinaba un puente hacia adelante y hacia atrás. De hecho, el Albert Bridge, que se construyó sobre el río Támesis de Londres, fue apodado "La dama temblorosa" y cuentaun letrero que instruye a los soldados cercanos que están cruzando para romper el paso.
"Esta explicación fue tan popular", dijo Belykh, "ha sido parte del zeitgeist científico".
Una razón por la que fue popular es la idea de que el comportamiento coherente puede surgir en sistemas complejos a medida que oscilan, ya sean neuronas, luciérnagas o pasos humanos. Y, sin embargo, la teoría fue cuestionada instantáneamente por el físico Brian Josephson, ganador del Premio Nobel, solo cuatrodías después del incidente del Puente del Milenio. Él sugirió lo que prueba el trabajo actual: fueron las personas que intentaban mantener el equilibrio en el puente oscilante lo que intensificó el bamboleo.
El nuevo documento se basa en las ideas publicadas por primera vez por Belykh y sus colegas en 2017, que descubrió que cuando 164 personas caminaron sobre Millennium Bridge, podría permanecer estable, pero agregar una persona más inclinó la balanza. Los modelos tienen en cuenta ambos lados-a los lados lateral y movimiento hacia adelante.
"Piense en los pasajeros que caminan en un bote balanceándose de lado a lado en un mar tormentoso", dijo Belykh. Ellos adaptarán su movimiento tanto lateralmente como hacia adelante en respuesta a las sacudidas del bote. En particular,ellos ralentizarán su movimiento hacia adelante. "
Al hacer esto, impactan la estabilidad del puente a través de un mecanismo llamado "amortiguación negativa", que esencialmente significa que los movimientos de los peatones excitan el puente y aumentan sus oscilaciones. Belykh comparó esto con un columpio oxidado que era difícil de mover, pero sisuficientes padres le dieron un empujón, comenzaría a balancearse por sí solo.
"Los diseñadores de puentes deben ser conscientes de que siempre puede haber casos peligrosos de amortiguación negativa", dijo Belykh, si la multitud es lo suficientemente grande. "Nuestra fórmula proporciona estimaciones útiles, dado el número esperado de peatones que utilizan un puente".
Los ingenieros deben poder ingresar detalles sobre un puente y los usuarios potenciales y construir en consecuencia. Las fórmulas matemáticas se basan en el concepto de que los humanos funcionan un poco como péndulos invertidos con dos patas de péndulo y, por lo tanto, se pueden simular como 'prueba de choquemaniquíes 'en videos y en diagramas de puentes.
De cara al futuro, los investigadores planean estudiar el efecto de las interacciones y el movimiento de persona a persona en multitudes densas. También planean recolectar la energía inherente de un puente, ya que todos los puentes oscilan a medida que se usan. Trabajando con la Universidad Heriot-Watten Edimburgo, e investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, Belykh planea recolectar esta energía no utilizada para alimentar pequeños sensores que pueden monitorear la integridad estructural de un puente.
Los cálculos y simulaciones para el estudio fueron realizados en parte por el estudiante de doctorado del estado de Georgia Kevin Daley y el ex estudiante de doctorado Russell Jeter, ahora en una empresa de robótica Motus Nova. El trabajo fue financiado por National Science Foundation Grants, incluida una subvención para la estabilidad del puente y una subvención para la recolección de energía para los sensores del puente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Georgia . Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
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